(57)【要約】【課題】センシング装置の送信側と表示装置の受信側との間における信号伝送時の阻害要因による影響を低減することを解消し、また、測定条件が変化し、心拍波形に含まれる基本波や高調波やノイズ成分の周波数や波高値などの信号特性が変化した場合であっても、心拍を正確に検出する。【解決手段】センシング装置は、生体の心拍波形を検出する心拍波形検出部２，３と、生体の心拍波形から心拍を検出する信号処理部４と、信号処理部で検出した心拍から心拍数を演算する心拍数演算部５と、心拍数演算部で求めた心拍数をデコードし、このセンシング装置を特定する機器コードと共にシリアルデータを生成するシリアルデータ生成部７と、シリアルデータ生成部で生成したシリアルデータを送信する送信部８，９とを備え、被測定者の耳に装着される。【選択図】図１
2007135614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者の耳に装着されるセンシング装置であり、
当該センシング装置は、
生体の心拍波形を検出する心拍波形検出部と、
生体の心拍波形から心拍を検出する信号処理部と、
前記検出した心拍から心拍数を演算する心拍数演算部と、
求めた心拍数をデコードし、当該センシング装置を特定する機器コードと共にシリアルデータを生成するシリアルデータ生成部と、
前記シリアルデータを送信する送信部とを備えることを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、
前記心拍波形に対して信号処理を行って心拍信号を形成する心拍信号形成処理部と、
前記心拍信号形成処理部により形成された心拍信号から心拍を検出する心拍検出処理部とを備え、
前記心拍信号形成処理部は、前記心拍波形の周波数成分を信号増幅する信号増幅部を有し、当該信号増幅部の信号増幅特性は、心拍波形の低域側の周波数成分を低増幅率で増幅し、心拍波形の高域側の周波数成分を高増幅率で増幅することを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記心拍信号形成処理部は、
前記心拍波形から所定狭帯域の周波数成分を通過させて外乱ノイズ成分と体動ノイズ成分とのうちの少なくとも一方を除去するバンドパスフィルタを備え、
前記信号増幅部は、前記バンドパスフィルタを通過した周波数成分を信号増幅することを特徴とする請求項２に記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記心拍波形検出部は、左右の耳朶に装着する２つの心拍センサー部を有し、
前記送信部は、前記２つの心拍センサー部を結線するケーブルを送信アンテナとして送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記心拍波形検出部は、左右の耳朶に装着する２つの心拍センサー部を有し、当該２つの心拍センサー部の心拍波形信号を選択及び加算することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のセンシング装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つに記載のセンシング装置と、当該センシング装置と分離して配置される表示装置とを備え、
当該表示装置は、センシング装置が送信したシリアルデータを、前記機器コードによって特定して受信する受信部と、受信したシリアルデータに基づいて心拍数を表示する表示部とを備えることを特徴とする心拍計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心拍測定に関し、特に運動時の心拍測定に適したセンシング装置及び心拍計に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の心拍を測定する心拍計は従来より種々提案されている。発光素子から身体に光を照射し、その反射光または透過光を受光素子で検出し、受光信号を脈拍信号に変換して脈拍を検出する脈拍検出回路として、例えば、特許文献１が知られている。
【０００３】
この生体の心拍測定は、静止状態の心拍数を測定する他、運動中の心拍数を測定することによって、身体に課せられる運動の負荷の程度や運動によって生じる身体状態を把握して、身体のトレーニングや健康管理に活用されている。
【０００４】
生体上において、生体信号を測定する部位は測定対象によってほぼ限定されるため、センシング装置はその限定された部位に装着させる必要がある。例えば、生体信号として心拍を測定する場合には、耳朶を測定部位とすることが知られている。耳朶を測定部位として心拍測定を行う例として、例えば、特許文献２にはクリップ形状の固定手段を耳朶に挟む構成が示され、特許文献３には耳掛け部を耳介の外周に装着支持させる構成が示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、センシングした生体信号を提示する提示手段を腕などの被測定者が確認できる位置に設置し、この提示手段とセンシング装置との間を無線で行うことによって、伝送線による煩わしさや断線のおそれを解消することが示されている。
【０００６】
また、特許文献２には脈拍数を伝送することが示され、特許文献４には、心電信号を無線信号で変調して送信し、この無線信号を受信して復調し、脈拍数を算出して表示する脈拍計が示されている。
【０００７】
【特許文献１】特公昭６１−２９７３０号公報
【特許文献２】特開２００３−５５７号公報（図２、図１５、段落番号００３８）
【特許文献３】特開２００５−６９０６号公報
【特許文献４】実開平３−５４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
心拍計による心拍数の測定は様々な条件下で行われ、静止時に限らず運動時においても行われる。特に、前記したように、身体のトレーニング中の心拍数や、実生活中の各種動作に伴って変動する心拍数のように、運動時における心拍測定を正確に求めることが求められている。
【０００９】
このような運動中の心拍測定の測定条件は静止時の測定条件よりも厳しいため、運動中の心拍測定を正確に行うことが困難であるという問題がある。
【００１０】
心拍計が、生体から心拍信号を検出するセンシング装置と、センシング装置で得られた心拍情報を表示する表示装置とを有する心拍計において、運動中における心拍測定を困難とする阻害要因としては、センシング装置が備える心拍センサー自体やコネクタ等において検出信号に電気的に侵入する外乱ノイズや、センシング装置と身体との位置関係がずれる等の要因によって生じる体動ノイズ等のノイズ要因がある他、心拍センサー部の送信側と表示部の受信側との間を無線伝送によって送受信する場合に、送信アンテナと受信部との間に被測定者の身体が挟まることで無線信号の信号強度が低下し、Ｓ／Ｎ比が低下するといった問題や、他の信号と混信するおそれがあるといった問題等の信号伝送時の要因などの種々の要因がある。
【００１１】
そこで、本発明は従来の問題を解決し、運動中における心拍測定を容易とすることを目的とする。
【００１２】
また、より詳細には、センシング装置の送信側と表示装置の受信側との間における信号伝送時の阻害要因による影響を低減することを解消することを目的とし、また、測定条件が変化し、心拍波形に含まれる基本波や高調波やノイズ成分の周波数や波高値などの信号特性が変化した場合であっても、心拍を正確に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のセンシング装置は生体の心拍波形を検出する心拍波形検出部と、生体の心拍波形から心拍を検出する信号処理部と、信号処理部で検出した心拍から心拍数を演算する心拍数演算部と、心拍数演算部で求めた心拍数をデコードし、このセンシング装置を特定する機器コードと共にシリアルデータを生成するシリアルデータ生成部と、シリアルデータ生成部で生成したシリアルデータを送信する送信部とを備え、被測定者の耳に装着される。
【００１４】
また、本発明の心拍計は、センシング装置と、このセンシング装置と分離して配置される表示装置とを備え、表示装置は、センシング装置が送信したシリアルデータを、機器コードによって特定して受信する受信部と、受信したシリアルデータに基づいて心拍数を表示する表示部とを備える。
【００１５】
センシング装置は被測定者の耳に装着され、運動中における被測定者の心拍を検出し、心拍数をシリアルデータの信号形態で送信することによって、表示装置等との間を繋ぐ信号線を不要として、運動時における煩雑さや断線といった問題を防ぐことができる。
【００１６】
シリアルデータ生成部は、シリアルデータ中にセンシング装置を特定する機器コードを組み込むことで、シリアルデータがいずれのセンシング装置から送信されたものであるかを特定することができ、シリアルデータの混信を防ぐことができる。また、シリアルデータ生成部は心拍数をデコードすることで、送信時におけるノイズによる影響を低減することができる。
【００１７】
本発明の心拍波形検出部は、左右の耳朶に装着する２つの心拍センサー部を有する構成とすることができる。信号処理部は２つの心拍センサー部にそれぞれ設ける構成の他、一方の心拍センサー部にのみ設けることができる。一方の心拍センサー部に設けた信号処理部は、その心拍センサー部が検出した心拍波形と共に、他方の心拍センサー部から送られた心拍波形を検出する。
【００１８】
なお、心拍波形検出部は心拍センサー部と検出回路で構成することができる。心拍センサー部は、例えば、光学式の反射センサーあるいは透過センサーを用いることができ、検出回路は、心拍センサー部が光信号を出力する場合には電気信号に変換し、必要に応じて信号増幅を行う。
【００１９】
また、心拍数演算部やシリアルデータ生成部は、２つの心拍センサー部の何れか一方に設けることができ、２つの心拍センサー部で得られた心拍波形の一方あるいは両方を用い心拍数を求め、その心拍数をデコードしてシリアルデータを生成する。
【００２０】
２つの心拍センサー部の間はケーブルによって結線され、このケーブルを通して一方の心拍センサー部で検出した心拍波形を他方の心拍センサー部に送る。また、この２つの心拍センサー部を結ぶケーブルは、信号を送る信号線として用いる他、送信部がシリアルデータを送信するための送信アンテナとして用いることができる。２つの心拍センサー部を結ぶケーブルを送信アンテナとして用いることによって、送信特性を向上させることができる。この送信特性の向上は、心拍センサー部に設ける送信アンテナと比較して、２つの心拍センサー部を繋ぐケーブルを用いることでアンテナ長を長くすることができること、及び、被測定者の両耳朶に心拍センサー部を装着することで、送信アンテナを構成するケーブルは被測定者の首周りに配置されることになって運動動作に係わらず、受信側との位置関係を一定とすることができ、送受信間において安定した伝送環境を得ることができることなどによって得られる。
【００２１】
また、本発明の心拍波形検出部は、２つのセンサー部で得られた心拍波形を選択することができ、一方の心拍センサー部の心拍波形に異常が発生した場合に、正常な心拍波形のみを選択することで、異常な心拍波形を除くことができる。また、本発明の心拍波形検出部は、２つの心拍センサー部で得られた心拍波形を加算することができ、各心拍センサー部で得られる心拍波形の信号強度が低い場合であっても、信号加算することで信号強度を高めることができる。
【００２２】
また、本発明のセンシング装置は、外部インターフェースを備え、外部の音源から音楽データやその他の音データを入力したり、外部の画像源から画像データを入力することができ、センシング装置が備えるスピーカーやディスプレイに出力することができる。
【００２３】
また、本発明のセンシング装置は、外部インターフェースを介して電源の制御、音データの選択や音量の制御、画像データの選択制御等の各種制御を、センシング装置の外部から行うことができる。
【００２４】
また、本発明の心拍計は指示装置を備える構成としてもよい。指示装置は、センシング装置と表示装置とのうちの少なくとも一方から送信される送信信号を受信して心拍情報を表示する他、表示装置に指示内容を送信して、表示装置に指示内容を表示させることができる。指示装置から表示装置への送信は、指示情報をデコードし機器コードを付加することで特定することができる。また、一つの指示装置から複数の表示装置に対して、各表示装置毎に異なる指示情報を送る他、選択した複数の表示装置あるいは全表示装置に同一内容の指示情報を同報することもできる。
【００２５】
本発明の信号処理部は、心拍波形に対して信号処理を施して心拍信号を形成する心拍信号形成処理部と、この心拍信号形成処理部により形成された心拍信号から心拍を検出する心拍検出処理部とを備える。
【００２６】
本発明の心拍信号形成処理部は、所定の周波数特性を付加する信号処理を行うことによって、周波数成分の信号強度を増幅させた心拍信号を形成する。この周波数成分の信号強度の増幅は、心拍波形の主成分を増加させ、ノイズ成分を低減させるものである。
【００２７】
心拍信号形成処理部は、心拍波形の周波数成分を信号増幅する信号増幅部を有し、この信号増幅部は、心拍波形の低域側の周波数成分を低増幅率で増幅し、心拍波形の高域側の周波数成分を高増幅率で増幅する信号増幅特性とすることによって、心拍波形に所定の周波数特性を付加し、心拍波形の主成分を増加させ、ノイズ成分を低減させる。この信号処理としては、例えば、心拍波形の周波数成分を微分特性で信号増幅する。
【００２８】
また、心拍信号形成処理部は帯域通過のフィルタ処理を含むことができ、これによって心拍波形の所定狭帯域の信号に対して信号処理を行い、心拍波形の主成分以外の周波数帯域にあるノイズ成分を除去する。
【００２９】
この心拍信号形成処理部で行うノイズ成分の除去及び信号強度の増幅の信号処理は、心拍信号に波形歪みを付加する。本発明による波形歪みは、心拍波形の主成分を増加し、ノイズ成分を低減する。これにより、波形歪みは心拍と強い相関で関係付けられる。したがって、波形歪みは心拍情報を良好なＳ／Ｎ比で備えることになる。
【００３０】
本発明の心拍検出処理部は、心拍信号形成処理部により心拍信号に付加された波形歪みを検出することで、ノイズの影響を低減して、誤検出することなく心拍を検出することができる。
【００３１】
本発明の心拍信号形成処理部は、心拍信号が備える周波数内の所定の周波数帯域に対して信号処理を施す狭帯域信号処理を施す。
【００３２】
心拍信号形成処理部は、心拍波形の周波数成分から所定狭帯域の周波数成分を通過させて外乱ノイズ成分と体動ノイズ成分とのうちの少なくとも一方を除去するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを通過した周波数成分を、高周波側を高い増幅率で増幅する信号増幅部とを有する。
【００３３】
バンドパスフィルタは、心拍波形の主成分以外の周波数帯域にあるノイズ成分を除去する。バンドパスフィルタの通過帯域は、心拍の第１の状態における最高心拍波形の２倍高調波の周波数以上の周波数を高域側の遮断周波数とし、また、心拍の第１の状態における最低心拍波形の基本周波数以下の周波数を低域側の遮断周波数とする周波数範囲とする。
【００３４】
信号増幅部は、例えば、微分特性による増幅によって、高周波側の周波数成分を強調して増幅する。微分特性は、１階微分特性や２階微分特性の他、さらに高次の微分特性とすることができるが、心拍波形のＳ／Ｎ比や、信号処理部を形成するハードウエア構成やその費用対効果を考慮すると、４０dBの増幅率が得られる２階微分特性が適当である。この２階微分特性等の微分特性によって、心拍信号の高周波側の周波数成分は強調されて増幅される。
【００３５】
信号増幅部は、心拍の第２の状態における最高心拍波形の基本周波数の付近の増幅度を最も高くする増幅特性を備え、この周波数付近の成分をより強調して増幅する。これによって、ノイズ成分については低い増幅率で増幅し、心拍の基本周波数や２倍高調波の周波数の成分については高い増幅率で増幅し、ノイズの影響を低減する。
【００３６】
また、信号増幅部の増幅特性は、最も高い増幅度の周波数よりも高い周波数域側において、増幅率が漸次低下する周波数帯域を備える。これにより、２倍高調波の周波数が変動した場合についても、信号成分を取りこぼすことなく有効に取得することができ、また、高次高調波成分についても取り込むことができる。
【００３７】
したがって、本発明の心拍信号形成処理部は、心拍の第１の状態における最低心拍波形の基本周波数以下の周波数を低域側の遮断周波数とし、心拍の第１の状態における最高心拍波形の２倍高調波以上の周波数を高域側の遮断周波数とする周波数範囲と、第２の状態における最高心拍波形の基本周波数の周波数付近の増幅度を最も高くする増幅特性とを組み合わせた周波数特性を備える。
【００３８】
上記する周波数特性において、周波数範囲は第１の心拍状態で定まる周波数によって周波数範囲を設定するものであり、心拍の第１の状態を心拍数が少なく基本周波数が低い状態とし、心拍の第２の状態を心拍数が多く基本周波数が高い状態とする。また、心拍波形の主成分は、基本周波数と２倍高調波とする。
【００３９】
ここで、第１の状態において取り得る周波数には幅があり、測定対象や測定条件によって心拍波形の基本周波数及び２倍高調波は所定の周波数幅内で変動する。
【００４０】
この周波数幅内において、最低の心拍波形の基本周波数以下の周波数を低域側の遮断周波数とすることによって、主成分を含む低周波数の内で想定し得る最も低い周波数を低周側波数の目安として設定することができる。
【００４１】
また、同じく基本周波数及び２倍高調波の周波数幅内において、最高の心拍波形の２倍高調波の周波数以上を高域側の遮断周波数とすることによって、主成分を含む高周波数の内で想定し得る最も高い周波数を高域側周波数の目安として設定することができる。
【００４２】
したがって、この通過帯域は、この最低の心拍波形の基本周波数や最高の心拍波形の２倍高調波の周波数を基準とする帯域に幅を持たせた周波数帯域である。
【００４３】
上記のように周波数範囲を設定することで、心拍波形の周波数成分からこの周波数範囲の周波数成分を検出すれば、その中には必ずその心拍波形の基本周波数あるいは２倍高調波の主成分が含まれることになるため、検出した主成分から心拍信号を求めることが可能となる。
【００４４】
また、上記する周波数特性において、増幅特性は高周波側の周波数成分を、低周波数側の周波数成分より大きく増幅するものであり、心拍の第２の状態における最高心拍波形の基本周波数付近の増幅度を最も高く設定する。心拍の第２の状態を、単位時間当たりの心拍数が多く、基本周波数が高い状態とすることによって、主成分を含む高周波数の内で想定し得る最も高い基本周波数成分について高い増幅度で増幅することができる。
【００４５】
上記のように増幅特性を設定することで、第２の状態において基本周波数が高周波数となり、２倍高調波が前記した周波数範囲から外れ、周波数範囲内に含まれる心拍波形の主成分が基本周波数のみとなった場合であっても、基本周波数を確実に増幅することができると共に、その信号を他の周波数の信号と比較して大きく増幅することができるため、心拍情報のＳ／Ｎ比を高めることができ、検出した主成分から心拍信号を求めることが可能となる。
【００４６】
心拍の第１の状態は非運動状態とし、また、心拍の第２の状態は運動状態とすることができる。
【００４７】
前記した心拍信号形成処理部では高周波数側の周波数成分を強調して増幅する処理を行うため、形成された心拍信号はスロープ成分が強調される。スロープ成分は、心拍波形の主成分に基づいて形成されるものであるから、スロープ部分の個数と心拍数とは対応するものとなる。本発明の心拍検出処理部は、このスロープ成分を検出することによって、心拍を検出する。
【００４８】
本発明の心拍検出処理部の一態様は、心拍信号の波形スロープ成分を検出し、所定の波形スロープ成分であるとき心拍を検出する。なお、スロープ成分は、心拍信号波形の立ち上がり期間、あるいは立ち下がり期間における信号変化の何れかを用いてもよく、また、両方の信号変化を用いてもよい。この場合の検出数は心拍数の２倍となるため、検出数を１／２とすることで心拍数を求める。
【００４９】
本発明の心拍検出処理部の他の態様は、心拍信号の波高値と傾きを検出条件として、心拍信号に付加された波形歪みを検出する波形歪み検出部を備える。この波形歪み検出部は、波形歪みを心拍として検出する。
【００５０】
ここで、検出条件は、心拍信号が所定波高値以上であり、かつ、心拍信号の傾きが所定期間において単純増加又は単純減少である。
【００５１】
所定波高値は、心拍の非運動時における最高心拍波形の２倍高調波の周波数付近での周波数成分とすることができる。通常、心拍波形の基本周波数の波高値は、２倍高調波の波高値よりも大きく、また、運動中の波高値は非運動時の波高値よりも大きくなる。また、一般に、心拍波形の２倍高調波の波高値はノイズ成分の波高値よりも大きい場合が多い。
【００５２】
そこで、非運動時における２倍高調波の周波数付近での周波数成分よりも大きな波高値を検出条件とすることによって、心拍波形の主成分に有無を判定することができる。
【００５３】
また、所定期間は、心拍波形の周期の１／４以下の周期幅とすることができる。心拍波形の主成分は、少なくとも基本周波数と２倍高調波を含む場合、その周期特性は長くとも心拍波形の周期の１／４と想定されるため、心拍の主成分は、少なくとも拍波形の周期の１／４以下の周期幅に渡って単調に増加あるいは単調に減少する。この周期幅は、前記したスロープ部分の幅に相当する。
【００５４】
ここで、心拍信号が心拍波波形をサンプリングすることで得られる場合には、心拍波形の周期の１／４の時間幅をサンプリング周期で除算した値に相当する個数の連続するサンプリング点を検出し、そのサンプリング点の値が心拍の非運動時における最高心拍波形の２倍高調波の周波数付近での周波数成分よりも大きく、かつ、単調に増加あるいは単調に減少する場合に、波形歪みを心拍として検出する。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、運動中における心拍測定を容易に行うことができる。
【００５６】
また、本発明によれば、センシング装置の送信側と表示装置の受信側との間における信号伝送時の阻害要因による影響を低減することができ、また、測定条件が変化し、心拍波形に含まれる基本波や高調波やノイズ成分の周波数や波高値などの信号特性が変化した場合であっても、心拍を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明のセンシング装置及び心拍計について図を用いて詳細に説明する。
【００５８】
図１、図２は本発明の心拍計の概略構成を説明するための図である。図１において、心拍計は、センシング装置１と表示装置２０を備える。センシング装置１は、被測定者に装着される構成であり、例えば、被測定者の耳殻に掛けて装着する耳掛け型とし、耳朶を通過する光によって測定することができる。センシング装置１は、検出した心拍波形から心拍数を求め、シリアルデータの信号形態で送信する。
【００５９】
表示装置２０は、センシング装置１から送信されたシリアルデータを受信し、心拍数等の心拍情報を表示する。表示装置２０は、被測定者の腕などのセンシング装置１から離れた位置に配置される。被測定者の腕に配置する場合には、表示装置２０は腕時計の形態、あるいは腕時計自体に組み込む構成とすることができる。
【００６０】
表示装置２０は腕時計の形態に限らず、首に掛ける形態や、テーブル上に載置する形態等、任意の形態とすることができる。
【００６１】
図１に示す表示装置２０は、腕時計の形態の例を示し、ディスプレイ面に心拍数（図１では１５０ｂｐｍで表示する）、時刻（図１ではＡ（午前）１２：００００で表示する）、電池残量（図１ではハートの形状で表示する）、測定状態（図１では心拍波形で表示する）等を表示している。なお、この表示例は一例であり、表示内容行うレイアウト、及び表示形態はこれに限るものではない。
【００６２】
図２において、センシング装置１は、生体３０の心拍波形を検出する心拍波形検出部と、生体の心拍波形から心拍を検出する信号処理部４と、検出した心拍から心拍数を演算する心拍数演算部５と、求めた心拍数をデコードしシリアルデータを生成するシリアルデータ生成部７と、シリアルデータを送信する送信回路部８及び送信アンテナ部９を備える。センシング装置１は、センシング装置を駆動する電池１２、センシング装置を制御する制御部１３、及び計数した心拍数を報知する心拍数報知部６を備える。
【００６３】
心拍波形検出部は、心拍センサー部２と検出回路部３とを備える。心拍センサー部２は、生体３０に光を照射する発光素子２ａと、生体３０から得られた光を受光する受光素子２ｂとを備え、発光素子２ａと受光素子２ｂとを対向させて配置し、生体３０を透過した光を検出する透過型光センサー、あるいは、発光素子２ａと受光素子２ｂとを並列させ、生体で反射した光を検出する反射型光センサーとすることができる。
【００６４】
図２において、心拍センサー部２は、発光回路部１１によって駆動された生体３０に光を照射する発光素子部２ａと、生体３０で散乱あるいは反射、又は透過した光を受光する受光素子部２ｂとを備える。図４は心拍センサー部２の一構成例を説明するための概略断面図であり、生体３０に対して光を照射し、反射した光を検出する構成例を示している。発光素子部２ａと受光素子部２ｂとは遮光板２ｃを挟んで対向し、照射点（図示していない）に対して対称の位置に設置されている。ここで、遮光板２ｃは発光素子部２ａから受光素子部２ｂへ直接に入射する光を阻止している。
【００６５】
発光素子部２ａから生体３０に照射された光は、生体３０内の組織や血管３１内の血液で散乱し、再び生体３０の外に出射される。生体３０から出射する光の強度は、血流に応じて変動する。本発明のセンシング装置１は、この光の強度の血流に応じて変動する光強度の変化に基づいて心拍を検出するものである。
【００６６】
検出回路部３は、受光素子部２ｂから得られる光信号から電気信号の検出信号に変換する受光回路部３ａと、検出信号を信号増幅する増幅回路部３ｂと、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３ｃとを備える。
【００６７】
信号処理部４は、検出回路部３からの検出信号を、前記したバンドパスフィルタや２階微分特性等によってノイズ除去や２倍高調波の信号増幅を行う狭帯域信号処理部４ａ、狭帯域信号処理部４ａで生成された心拍信号の波形歪みを形成して心拍を検出する波形歪み検出部（スロープ検出部）４ｂを備える。
【００６８】
心拍数演算部５は、信号処理部４で求めた心拍数を計数する心拍数計数部５ａ、及び心拍数を記憶するデータ記憶部５ｂを備える。心拍数報知部６は心拍数計数部５ａで計数した心拍数を報知する。報知の形態としては、心拍数の表示、音声合成による読み上げ、記録、送信等を含む。
【００６９】
シリアルデータ生成部７は、心拍数計数部５ａで計数した心拍数をデコードし、この心拍数コードと、センシング装置１を特定する機器コードとを含むシリアルデータを生成する。送信回路部８は、シリアルデータ生成部７で生成したシリアルデータを無線伝送する信号形態に変換し、送信アンテナ部９から送信する。送信アンテナ部９から送信された心拍情報は、表示装置２０で受信され、表示される。
【００７０】
次に、センシング装置１が備える、心拍波形検出、信号処理、及び心拍数を求める演算の各機能を図３を用いて説明する。
【００７１】
図３において、本発明のセンシング装置１は、生体の心拍波形を検出する心拍波形検出部Ａと、検出した心拍波形を信号処理した心拍を検出する信号処理部４とを備える。ここで、信号処理部４は、心拍信号形成処理部Ｂと心拍検出処理部Ｃとを含む。信号処理部４で検出した心拍は、心拍数演算部Ｄで心拍数を算出する。ここで、心拍数演算部Ｄは、心拍数計数部５ａにおいて心拍数を計数する。
【００７２】
なお、前記した心拍波形検出部Ａは、例えば、心拍センサー部２と、心拍センサー部２の出力から検出信号を取得する検出回路部３とにより構成することができ、検出回路部３は、心拍センサー部２で取得した出力を電気信号に変換し、必要に応じて信号増幅したり、Ａ／Ｄ変換によりディジタル信号に変換する。
【００７３】
信号処理部４は、心拍波形の所定狭帯域の信号に対してフィルタ処理及び信号増幅処理を行って心拍信号を形成する心拍信号形成処理部Ｂと、この心拍信号形成処理部Ｂによる所定の周波数特性の付加によって、心拍信号に付加された波形歪みから心拍を検出する心拍検出処理部Ｃとを備える。
【００７４】
心拍信号形成処理部Ｂは、狭帯域信号処理部４ａよって構成することができる。狭帯域信号処理部４ａは、２つの処理内容４ａ１，４ａ２を含んでいる。
【００７５】
第１の処理内容４ａ１は、心拍波形の主成分以外の周波数帯域にあるノイズ成分を除去するものであり、取り込んだ心拍波形の周波数帯域から所定狭帯域の信号を抽出することで行うことができる。心拍波形は、主成分として基本周波数とそのｎ倍高調波の周波数成分とを含んでいる。ｎ倍高調波は、“ｎ”の数を多くとるほど心拍波形に近づくが、一般にｎ倍高調波の波高値は“ｎ”が大きいほど小さいため、心拍数を検出することを目的とする場合などの比較的に低い精度で十分な場合には、“ｎ”として“２”を用いた２倍高調波で十分である。
【００７６】
周波数軸上において、心拍波形の主成分である基本周波数と２倍高調波の周波数成分の他にノイズによる周波数成分が存在する。
【００７７】
ノイズとしては、前記したように心拍センサーや回路上で侵入する外乱ノイズや、心拍センサーが被測定位置からずれることで発生する位置計体動ノイズがある。ノイズに含まれる周波数はノイズ源等によって様々であり、心拍波形の主成分が存在する周波数範囲の内外にわたって現れる。
【００７８】
狭帯域信号処理部４ａは、心拍波形の主成分である基本周波数や２倍高調波の周波数成分が現れる周波数範囲を設定し、この周波数範囲を用いて心拍波形を狭帯域化して当該周波数範囲内の信号のみの狭帯域信号を生成する。この心拍波形の狭帯域化により、周波数範囲の外側の周波数を持つノイズ成分を除去することができる。
【００７９】
このノイズ成分を除去する第１の処理内容４ａ１は、例えば、バンドパスフィルタで実現することができる。図３では、フィルタ部と記載している。
【００８０】
次に、狭帯域信号処理部４ａが持つ第２の処理内容４ａ２は、周波数成分の信号強度を増幅させ、これによって心拍信号を形成するものである。この信号処理は、心拍波形に所定の周波数特性を付加する信号処理を施すことによって行うことができる。この所定の周波数特性を付加する信号処理は、心拍波形の主成分を増加させ、ノイズ成分を低減させるものである。図３では、信号増幅部と記載している。
【００８１】
前記した狭帯域信号処理によってノイズ成分を除去した場合であっても、基本周波数と２倍高調波の周波数成分の周波数範囲内で現れるノイズ成分は除去されずに残存することになり、心拍信号のＳ／Ｎ比を低下させる要因となる。
【００８２】
狭帯域信号処理部４ａの第２の処理は、このような、同じ周波数範囲内に存在する心拍波形の主成分とノイズ成分について、主成分の波高値を信号増幅させることによってノイズ成分との信号強度差を大きくし、これによって心拍信号のＳ／Ｎ比を向上させるものである。ここでは、２倍高調波の周波数成分を信号増幅する例を示している。
【００８３】
この主成分の波高値を信号増幅させる第２の処理内容４ａ２は、例えば、主に２倍高調波を信号増幅する微分特性処理で実現することができる。微分特性処理は、例えば、２階微分特性処理とすることができる。なお、２階微分特性処理は、後述するように微分特性処理の一例であり、また微分特性処理も、高い周波数域において高い増幅率で信号増幅する一例である。
【００８４】
この狭帯域信号処理部４ａで行うノイズ成分の除去及び信号強度増幅は、心拍信号に波形歪みを付加することになる。この波形歪みの付加は、波形歪発生部Ｅにより行われる。狭帯域信号処理部４ａで行う信号強度増幅は、主成分の周波数成分、特に基本周波数及び２倍高調波を非線形に信号増幅するため、この信号増幅で得られた心拍信号に含まれる周波数成分の強度比率は、当初の心拍波形に含まれている周波数成分の強度比率とは異なることになる。このことは、心拍信号に波形歪みを付加することを意味している。
【００８５】
この波形歪みは心拍波形を当初の信号形状から歪ませることになるが、心拍波形の主成分が増加され、ノイズ成分が低減されるため、波形歪みは心拍波形よりもより強く、心拍と強い相関で関係付けられることになる。したがって、狭帯域信号処理部４ａにより得られる波形歪みを検出することによって、心拍情報を良好なＳ／Ｎ比で求めることになる。
【００８６】
なお、バンドパスフィルタ及び２階微分特性処理による狭帯域信号処理の詳細例については、図５を用いて後述する。
【００８７】
心拍検出処理部Ｃは、波形歪み検出部４ｂによって構成することができる。波形歪み検出部４ｂは、例えば、心拍信号中に含まれる所定スロープ成分を検出し、このスロープと心拍とを対応付けることによって心拍を検出する。スロープ成分は、心拍信号波形の立ち上がり期間での信号変化から求めても、立ち下がり期間での信号変化から求めても良く、あるいは、その両期間での信号変化から求めても良い。
【００８８】
波形歪み検出部４ｂは、心拍信号の波高値４ｂ１と傾斜４ｂ２とを検出条件として心拍信号に付加された波形歪みを検出する。
【００８９】
検出条件は、心拍信号が所定波高値以上であり、かつ、心拍信号の傾き（傾斜）が所定期間において単純増加又は単純減少である。
【００９０】
所定波高値は、例えば、心拍の非運動時における最高心拍波形の２倍高調波の周波数付近での周波数成分とすることができる。
【００９１】
心拍波形について見ると、通常、基本周波数の波高値は２倍高調波の波高値よりも大きく、また、運動中の波高値は非運動時の波高値よりも大きい。また、心拍波形の２倍高調波の波高値はノイズ成分の波高値よりも大きい場合が多い。
【００９２】
そこで、波高値を第１の条件として心拍の主成分を検出する。非運動時における２倍高調波の周波数付近での周波数成分の波高値を閾値とすることで、この波高値よりも小さい周波数成分には心拍の主成分は含まれず、この波高値よりも大きい周波数成分には心拍の主成分は含まれている可能性がある。
【００９３】
ノイズ成分の大きさによっては前記した波高値を超える場合があるため、上記の波高値による心拍波形の主成分の判定のみによって心拍の主成分を検出することはできない。そこで、所定期間における傾き（傾斜）を第２の条件とすることで心拍の主成分を検出する。心拍波形の主成分が少なくとも基本周波数と２倍高調波を含む場合には、その周期特性は長くとも心拍波形の周期の１／４と想定される。このとき、心拍の主成分は、少なくとも心拍波形の周期の１／４以下の周期幅に渡って単調に増加あるいは単調に減少する。
【００９４】
したがって、心拍波形の周期の１／４以下の周期幅の所定期間内において、信号が単調に増加あるいは単調に減少することを傾き（傾斜）の条件として、心拍の検出を行う。
【００９５】
心拍信号がサンプリングデータである場合には、心拍波形の周期の１／４の時間幅をサンプリング周期で除算した値に相当する個数の連続するサンプリング点を求め、このサンプリング点の値が心拍の非運動時における最高心拍波形の２倍高調波の周波数付近での周波数成分よりも大きく、かつ、単調に増加あるいは単調に減少する場合に、心拍として検出する。
【００９６】
次に、心拍信号形成処理部Ｂにおける第１の処理内容４ａ１（ノイズ成分除去）と第２の処理内容４ａ２（２倍高調波の信号増幅）について、それぞれバンドパスフィルタと２階微分特性の例を図５を用いて説明する。
【００９７】
図５（ａ）はバンドパスフィルタの通過帯域を示し、図５（ｂ）は２階微分特性の周波数特性を示し、図５（ｃ）はバンドパスフィルタと２階微分特性の周波数特性とを組み合わせて得られる周波数特性を示している。
【００９８】
バンドパスフィルタは、心拍波形の周波数成分から所定狭帯域の周波数成分を通過させて外乱ノイズ成分と体動ノイズ成分とのうちの少なくとも一方を除去する帯域通過フィルタである。
【００９９】
図５（ａ）に示すように、バンドパスフィルタは、低域側周波数Ｆ１を低域側の遮断周波数とし、高域側周波数Ｆ２を高域側の遮断周波数とする狭帯域を通過帯域として設定する。
【０１００】
ここで、バンドパスフィルタの低域側周波数Ｆ１は、心拍の第１の状態における最低心拍波形の基本周波数以下の周波数で設定し、高域側周波数Ｆ２は心拍の第１の状態における最高心拍波形の２倍高調波以上の周波数で設定することができる。ここで、心拍の第１の状態は、被測定者が運動していない非運動時とすることができる。この非運動時における心拍数は個人差があるが、例えば、20bpm〜80bpmとすることができる。なお、［bpm］は１分当たりの心拍数を表している。この心拍数はそれぞれ0.33Hzと1.34Hzに相当するため、低域側周波数Ｆ１は0.33Hzとなり、高域側周波数Ｆ２は2.68 Hz（1.34Hz×２）となる。
【０１０１】
また、２階微分特性は高周波側を高い増幅度で信号増幅する。２階微分特性は、図５（ｂ）に示すように、低周波数側から高周波側周波数Ｆ３に向かって増幅度が直線的に増加する。なお、高周波側周波数Ｆ３は２階微分の微分上限値を設定する。
【０１０２】
ここで、２階微分特性の高周波側周波数Ｆ３は、心拍の第２の状態における最高心拍波形の基本周波数とし、設定することができる。ここで、心拍の第２の状態は、被測定者が運動中とすることができる。この運動中における心拍数は個人差があるが、例えば、220bpmとすることができる。この心拍数は3.67Hzに相当する。
【０１０３】
なお、低周波数側では、バンドパスフィルタの低域側周波数Ｆ１付近の増幅度がほぼ１となるように設定している。
【０１０４】
図５（ｃ）は、図５（ａ）に示すバンドパスフィルタと図５（ｂ）に示す２階微分特性の周波数特性とを組み合わせて得られる周波数特性を示している。低域側周波数Ｆ１、高域側周波数Ｆ２、及び高周波側周波数Ｆ３の周波数の設定例を前記した数値例に設定した場合には、周波数は、Ｆ１、Ｆ２，Ｆ３の順に高くなるため、低域側周波数Ｆ１付近の増幅度をほぼ１とし、この低域側周波数Ｆ１付近から高域側周波数Ｆ２に向かって直線的に増幅度が上昇して、高域側周波数Ｆ２で最高の増幅度となり、高域側周波数Ｆ２から高周波側周波数Ｆ３に向かって増幅度が減少し、高周波側周波数Ｆ３付近の周波数を超える周波数範囲では増幅度はほぼ１以下となる。また、低域側周波数Ｆ１付近より低い周波数範囲においても増幅度はほぼ１以下となる。
【０１０５】
ここで、運動時におけるノイズ成分（体動ノイズや外乱ノイズのノイズ成分）は、およそ3〜30Hzであるため、上記した数値例の周波数特性と重ねると、図５（ｃ）に示すように、運動時におけるノイズ成分の大部分は、バンドパスフィルタの通過帯域外となって除去される。運動時におけるノイズ成分の内の3〜3.67Hz近傍のノイズ成分は、２階微分特性と重なるため、除去されない。この周波数範囲に現れるノイズ成分については、前記したように、本発明の波形歪み検出部（スロープ検出）４ｂによって、心拍波形の主成分を強調して増幅させることでノイズ成分との波高値に差を設けることによって、Ｓ／Ｎ比を向上させて、心拍検出の精度を高める。
【０１０６】
なお、図５に示す周波数特性は前記した数値例に基づくものであるため、異なる数値例を用いた場合には異なる周波数特性を示す。例えば、最高の増幅度を示す周波数部分も多少ずれることになるが、低周波数側から高周波数側に向かって増幅度が増加する傾向は共通である。
【０１０７】
なお、高周波側周波数Ｆ３よりも高い周波数では、増幅率を急峻に下げずに漸次低下するように設定する。これによって、心拍信号の基準周波数や２倍高調波が高周波側周波数Ｆ３よりも高い周波数にずれた場合であっても、切り捨てることなく心拍検出に寄与させることができる。また、３倍高調波を心拍検出に寄与させることもできる。
【０１０８】
以下、図６を用いて心拍の第１の状態（非運動時）におけるバンドパスフィルタ及び２階微分特性による動作を説明し、図７を用いて心拍の第２の状態（運動中）におけるバンドパスフィルタ及び２階微分特性による動作を説明する。なお、以下に示す各周波数成分の大きさの比率は説明上から任意に設定したものであり、実際の状態を示すものではない。
【０１０９】
はじめに、図６を用いて心拍の第１の状態（非運動時）におけるバンドパスフィルタ及び２階微分特性による動作を説明する。
【０１１０】
図６（ａ）は、非運動時における検出信号（心拍波形）の周波数成分を表し、基本周波数と２倍高調波が共に、低域側周波数Ｆ１と高域側周波数Ｆ２との間にあるものとする。
【０１１１】
図６（ｃ）の信号は、上記した図６（ａ）の周波数成分を図６（ｂ）に示すバンドパスフィルタに通して得られた周波数成分を示している。バンドパスフィルタによって、高域側周波数Ｆ２より高周波数にあるノイズ成分は除去される。
【０１１２】
図６（ｅ）の信号は、バンドパスフィルタ通過後の信号を、図６（ｄ）に示す２階微分特性によって信号増幅して得られた周波数成分を示している。２階微分特性によって、高域側周波数Ｆ３付近の周波数成分はより大きく増幅される。図６（ｄ）では、２倍高調波の周波数成分及びノイズ成分が強調されて増幅される。
【０１１３】
次に、図７を用いて心拍の第２の状態（運動中）におけるバンドパスフィルタ及び２階微分特性による動作を説明する
【０１１４】
図７（ａ）は、運動中における検出信号（心拍波形）の周波数成分を表し、基本周波数と２倍高調波が共に、高域側周波数Ｆ２よりも高周波数側にあるものとする。なお、基本周波数は２階微分特性の高周波数側周波数Ｆ３よりも低周波数とする。
【０１１５】
図７（ｃ）の信号は、上記した図７（ａ）の周波数成分を図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタに通して得られた周波数成分を示している。バンドパスフィルタによって、高域側周波数Ｆ２より高周波数にあるノイズ成分及び２倍高調波は除去される。
【０１１６】
図７（ｅ）の信号は、バンドパスフィルタ通過後の信号を、図７（ｄ）に示す２階微分特性によって信号増幅して得られた周波数成分を示している。２階微分特性によって、高域側周波数Ｆ３付近の周波数成分はより大きく増幅される。図７（ｄ）では、基本周波数の周波数成分及びノイズ成分が強調されて増幅される。
【０１１７】
図８は、本発明の信号増幅の増幅特性を説明するための図である。図８（ａ）〜（ｃ）は微分特性による増幅特性の例であり、図８（ｄ）はステップ状の増幅特性の例である。
【０１１８】
図８（ａ）は１階微分の微分特性を示し、図８（ｂ）は２階微分の微分特性を示し、図８（ｃ）は３階微分の微分特性を示している。各微分特性は微分の回数により増幅率が異なり、１階微分では２０dBの増幅率となり、２階微分では４０dBの増幅率となり、３階微分では６０dBの増幅率となる。なお、各dBの数値は、所定の周波数幅に対する増幅率で表している。
【０１１９】
何れの階数の微分特性とするかは任意に設定することができるが、ここでは、検出される心拍信号のＳ／Ｎの程度や、信号処理の回路構成や、費用対効果等から、例えば、４０dBの増幅率が得られる２階微分を用いた例を示している。
【０１２０】
また、高い周波数域で高い増幅率を実現する増幅特性として、微分特性の他、図８（ｄ）に示すようにステップ状の増幅率を設定してもよい。図８（ｄ）では、周波数Ｆ１付近の増幅率を“１”とし、高い周波数Ｆ３付近の増幅率を高く設定し、この間をステップ状に変化させる例を示している。なお、ステップの段数は任意に設定することができる。
【０１２１】
次に、本発明の心拍検出処理部Ｃである波形歪み検出部（スロープ検出）４ｂについて、図９のフローチャート、図１０の周期とスロープ部分との関係を説明するための図、図１１の基本周波数によるは波形歪みを説明するための図を用いて説明する。
【０１２２】
図９に示す複数のフローチャートでは、スロープ検出処理として波形歪み検出を、検出波形について所定周期でサンプリングして得られるサンプリング値を用いて行う(S1)。
【０１２３】
図１０において、心拍の周期をＴとしたとき、波形歪み検出は心拍波形の周期Ｔの１／４の時間幅で行う。この時間幅Ｔ／４内で波形歪み検出を行うには、サンプリング周期ｔとしたとき、時間幅Ｔ／４をサンプリング周期ｔで除算した値（（Ｔ／４）／ｔ）に相当する個数の連続するサンプリング点（Ｐ１〜Ｐ５）を検出し、このサンプリング点（Ｐ１〜Ｐ５）の値が心拍の非運動時における最高心拍波形の２倍高調波の周波数付近での周波数成分よりも大きく、かつ、単調に増加あるいは単調に減少する場合に、波形歪みを心拍として検出する。
【０１２４】
例えば、運動時の最大心拍Ｆ３を、例えば3.367Hzとしたとき、この周期の１／４以下の時間幅（68msec）でスロープ検出を行う。ここで、サンプリング周期を12msecとすると、5.67サンプリング回数以下のサンプリングで検出される。なお、このサンプリング回数以上である場合には、１／４周期を超えてしまうため、スロープ検出を行うことができなくなる。
【０１２５】
そこで、ここでは、サンプリング回数として５回を設定する。S1で求めたサンプリング値を、少なくともスロープの傾斜を求める際に必要な個数分求め、順次Ｐ１〜Ｐ５に格納する。なお、各サンプリング値は、サンプリングが行われる毎に順次入れ替え、古いサンプリング値から順から廃棄する(S2)。
【０１２６】
波形歪みを検出する第１の条件として、サンプリング点（Ｐ１〜Ｐ５）の値が設定値以上であるかを判定する。設定値としては、心拍の非運動時における最高心拍波形の２倍高調波の周波数付近での周波数成分とすることができ、前記したように、この設定値以上であれば、ノイズ成分を除去することができる(S3)。
【０１２７】
次に、波形歪みを検出する第２の条件として、サンプリング点（Ｐ１〜Ｐ５）の傾斜が所定期間で連続して単純増加あるいは単純減少であるかを判定する。
【０１２８】
図１１はこの第１の条件及び第２の条件による判定を示している。図１１（ａ）において、Ｈは第１の条件である設定値を示している。
【０１２９】
図１１（ａ）の場合には、サンプリング値Ｐ１〜Ｐ５の全てが第１の条件である設定値Ｈ以上であり、サンプリング値Ｐ１〜Ｐ５がＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐ５の関係にあり、第２の条件を満足している。これより、このスロープ部分によって一心拍と判定する。
【０１３０】
図１１（ｂ）の場合には、サンプリング値Ｐ１〜Ｐ５がＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐ５の関係にあって第２の条件を満足しているが、サンプリング値Ｐ１は設定値Ｈ以下であるため、このスロープ部分による一心拍の判定は行わない。
【０１３１】
また、図１１（ｃ）の場合には、サンプリング値Ｐ１〜Ｐ５の全てが設定値Ｈ以上であって第１の条件を満たすが、サンプリング値Ｐ５はＰ４よりも小さく、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐ５の第２の条件を満足していないため、このスロープ部分による一心拍の判定は行わない(S4)。
【０１３２】
S3とS4の第１、第２の条件の両条件を満たした場合には、このスロープ部分によって一心拍があったと判定する(S5)。この心拍数を順次計数し（S6）、計数した心拍数を報知する(S7)。報知としては、表示するほか、記録媒体へのデータ記録や、他の装置へのデータ送信を含む。
【０１３３】
図１２は、本発明によるノイズ除去の信号処理の効果を示すための図である。図１２において、ａは耳朶式の心拍センサーで検出した心拍波形を本発明のノイズ除去により信号処理した結果例であり、ｂは耳朶式の心拍センサーで検出した心拍波形を通常のノイズ除去により信号処理した結果例であり、ｃ，ｄは胸ベルト式の心拍センサーで検出した心拍波形を通常のノイズ除去により信号処理した結果例である。
【０１３４】
ｂに示す結果では、体動ノイズによる影響により検出された心拍数は大きく変動している。また、ｃ，ｄに示す結果では、運動による胸ベルトの位置ずれの影響により検出された心拍数は大きく変動している。これに対して、ａに示す結果では、ノイズ除去が良好に行われ、運動の影響を低減して変動が少ない心拍数変化を得ることができる。
【０１３５】
以下、本発明による心拍計は、センシング装置と表示装置との組み合わせで使用する態様の他に、センシング装置と表示装置との複数の組み合わせに対して一つの指示装置を用いて指示表示させる態様によっても用いることができる。
【０１３６】
はじめに、センシング装置と表示装置との組み合わせで使用する態様について、図１３〜図１９を用いて説明する。
【０１３７】
この使用態様は、センシング装置で検出した心拍情報を、このセンシング装置と対応して設定しておいた特定の表示装置に送信して表示する構成である。なお、センシング装置１の構成は、前記図２の構成とすることができる。
【０１３８】
図１３は、センシング装置１と表示装置２０とが対で構成される心拍計において、センシング装置１による送信動作を説明するための図である。
【０１３９】
はじめに、センシング装置１の電源がオン状態となった後（S11）、各センシング装置に固有に設定された機器コードを読み出してシリアルデータを生成して送信する(S12)。この送信は所定時間内で所定回数行う(S13)。
【０１４０】
センシング装置１において、脈を検出できた場合には(S14)、脈検出コードを読み出してシリアルデータを生成し送信する(S15)。この送信は所定時間内で所定回数行う(S16)。さらに、心拍数を演算して求め（S17）、この心拍数をデコードしてシリアルデータを生成し送信する(S18)。この送信は所定時間内で所定回数行う(S19)。上記したS15〜S19の一連の工程を、センシング装置１によって脈検出がされる間繰り返す(S20)。
【０１４１】
S14又はS21の脈検出工程において、脈検出が行われない場合には、検出エラーコードを生成し送信する(S22)。この送信は所定時間内で所定回数行う(S22)。
【０１４２】
前記S13，S16,S19,S22のシリアルデータの送信工程について、図１４の信号図及び図１５のフローチャートを用いて説明する。
【０１４３】
シリアルデータの送信工程において、所定時間内に複数回の送信処理を行う。この送信処理を行う所定時間は、図１４（ａ）に示すイネーブル信号が出力されている期間で設定される。このイネーブル信号がオン状態の間に、図１４（ｂ）に示すように、送信データを複数回送信する。図１４（ｂ）では、送信１〜送信６の６回行う場合を示している。なお、イネーブル信号がオンの期間中に送信する回数は６回に限らず任意の回数とすることができる。
【０１４４】
図１５のフローチャートにおいて、イネーブル信号が“ HIGH”となると（S21）、カウンタＣをＣ＝０とし（S22）、コード信号（例えば、機器コード、脈検出コード、心拍数コード、検出エラーコード）を送信し（S23）、カウンタＣに“ １”を加える(S24)。
【０１４５】
カウンタＣの値を予め設定した数値Ｎとを比較し(S25)、Ｃ≧ＮとなるまでS23〜S25の工程を繰り返す。
【０１４６】
このとき、数値Ｎを送信動作に繰り返し回数として設定することによって、コード信号を設定回数Ｎだけ繰り返すことができる。
【０１４７】
図１６は、各送信動作で送信されるシリアルデータのフォーマット例を説明するための図である。ここでは、送信されるシリアルデータとして機器コード、脈検出コード、検出エラーコード、心拍数コード、電池切れコードの例を示しているが、このデータ内容及びコードに限られるものではない。
【０１４８】
図１６（ａ）は機器コードの一例であり、“Ｆ”を１０回、“ＨＭ４００”を５回、“Ｒ”を１０回をそれぞれ繰り返した後、最後に改行コードとして“￥r”を付与することで構成される。また、図１６（ｂ）は脈検出コードの一例であり、“Ｆ”を１０回、“ＨＭ０００”を５回、“Ｒ”を１０回をそれぞれ繰り返した後、最後に改行コードとして“￥r”を付与することで構成され、図１６（ｃ）は検出エラーコードの一例であり、“Ｆ”を１０回、“ＨＭ５５５”を５回、“Ｒ”を１０回をそれぞれ繰り返した後、最後に改行コードとして“￥r”を付与することで構成され、図１６（ｅ）は電池切れコードの一例であり、“Ｆ”を１０回、“ＨＭ９９９”を５回、“Ｒ”を１０回をそれぞれ繰り返した後、最後に改行コードとして“￥r”を付与することで構成される。
【０１４９】
また、図１６（ｄ）は心拍数コードの一例であり、“Ｆ”を１０回、“ＨＭ＃＃＃”を５回、“Ｒ”を１０回をそれぞれ繰り返した後、最後に改行コードとして“￥r”を付与することで構成される。ここで、“＃＃＃”はデータ値を表し、例えば、データ値が１２０の場合には、“ＨＭ１２０”となる。
【０１５０】
なお、電池切れは図１７に示すフローチャートに従って検出することができる。図１７に示すフローチャートにおいて、センシング装置１の電源がオン状態において（S31）、電池電圧を検出し、検出電圧が所定電圧を検出する(S32)。検出電圧が所定電圧を下回った場合には(S32)、電池切れコードを読み出し、前記図１６（ｅ）のシリアルデータを生成して送信する(S33)。
【０１５１】
図１８は、表示装置２０の一構成例を説明するための図である。図１８において、表示装置２０は、センシング装置１から送信される送信信号を受信する受信アンテナ部２１及び受信回路部２２を備える。また、表示装置２０は制御／記憶部２３及び表示部２４を備え、制御／記憶部２３は受信したシリアルデータから表示する内容を解析して求め、表示部２４に対応した信号形態に変換して、表示部２４に表示させる。
【０１５２】
なお、制御／記憶部２３は、シリアルデータを解析して心拍数やエラー等の他、各種情報を読み出す他、読み出した情報に基づいて派出データを生成し、これら心拍情報や、センシング装置１の動作状態等を記憶する。なお、表示装置２０は、電池２５あるいは外部電源によって駆動することができる。
【０１５３】
表示装置２０が行う受信動作について説明する。図１９は、表示装置２０が行うシリアルデータの受信動作を説明するためのフローチャートである。
【０１５４】
表示装置２０は、シリアルデータの機器コードを検出すると(S41)、機器コードを読み取り(S42)、機器コードを照合する。この照合は、表示装置２０内にセンシング装置１に設定されている機器コードを記憶しておくことによって行うことができる(S43)。
【０１５５】
受信した機器コードと記憶しておいた機器コードとが一致した場合には、受信したセンシング装置１を特定する機器番号等を表示し、機器が照合した旨を表示する(S44)。その後、脈検出コード及び心拍数コードを受信した場合には（S45,S46）、心拍数等の心拍情報を表示する(S47)。
【０１５６】
また、脈検出コードが受信されない場合には（S45）、脈検出を失敗した旨を表示する（S48）。また、脈検出コードは受信したが、心拍数コードが受信されない場合には（S46）、心拍数検出を失敗した旨を表示する（S49）。
【０１５７】
図２０及び図２１は、表示装置２０で表示する表示例を説明するための図である。
【０１５８】
図２０（ａ）、図２０（ｂ）は、センシング装置１が動作中であることを示す表示例である。表示例では、“Ａ１２：００００”によって測定時刻が午前１２時００分〇〇秒であることを示し、“１１０”によって心拍数を示し、波形で受信中であることを示している。また、ハート形状は点滅することで動作中であることを示すと共に、電池残量を示している。
【０１５９】
図２０（ａ）は電池残量が十分であることを示し、図２０（ｂ）は電池残量が少ないことを示している。
【０１６０】
図２０（ｃ）〜図２０（ｇ）は、マーク形状によって受信状態を示している。図２０（ｃ）、図２０（ｄ）は、受信待ち状態を示しており、このとき心拍数の下部には、ゲージマークが表示され、このゲージマークが変動することで受信状態であることを表している。
【０１６１】
図２０（ｅ）、図２０（ｆ）は、心拍数受信状態にあることを示しており、このとき心拍数の下部には、波形マークが表示される。
【０１６２】
図２０（ｇ）は、正常に受信されなかったことを示しており、このとき心拍数の下部には、アンダーラインのマークが表示される。
【０１６３】
図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、センシング装置１の状態を示している。図２１（ａ）の“ＲＤＹ”はセンシング装置が測定待ちの状態にあることを示し、図２１（ｂ）の“０００”はセンシング装置が測定中であることを示し、図２１（ｄ）の破線は、センシング装置で脈検出を失敗したことを示している。
【０１６４】
次に、本発明のセンシング装置１の耳掛け型のセンシングの構成例について図２２を用いて説明する。
【０１６５】
図２２において、本発明のセンシング装置１は、前記図１で示した各回路構成要素を内蔵するセンシング装置本体１ａと、このセンシング装置本体１ａを被測定者の耳殻に掛けることによって装着させる耳掛け部１ｂとを備える。センシング装置本体１ａは、例えば、ヘッドホン型の形状とすることができ、後述するように外部音源から入力した音楽情報等の音声情報を音出力するスピーカーを備える構成としてもよい。
【０１６６】
また、センシング装置本体１ａ及び耳掛け部１ｂには、心拍波形を検出するための心拍センサー部２を備える。図２３は心拍センサー部２の一構成例である。図２３（ａ）に示す構成例は、センシング装置本体１ａの下方位置であって、耳掛け部１ｂの弦部分を耳殻に掛けたときに、耳朶の外側に当たる部分に受光素子２ｂ又は発光素子２ａを設け、また、耳掛け部１ｂの弦部分の下方位置であって、耳掛け部１ｂの弦部分を耳殻に掛けたときに、耳朶の内側に当たる部分に発光素子２ａ又は受光素子２ｂを設ける。
【０１６７】
この構成によって、センシング装置１を装着した際に、発光素子２ａと受光素子２ｂとは被測定者の耳朶を挟んで、心拍測定を行うことができる。
【０１６８】
なお、反射型の心拍センサーの場合には、センシング装置本体１ａ側又は耳掛け部１ｂの弦部分のいずれか一方に、発光素子と受光素子とを併設して配置してもよい。
【０１６９】
図２３（ｂ）に示す構成例は、図２３（ａ）の構成例と同様にセンシング装置本体１ａと耳掛け部１ｂとを備え、耳掛け部１ｂの先端部分に信号線によって心拍センサー２が取り付けられる。心拍センサー２は、発光素子２ａと受光素子２ｂとをクリップ材で対向させて取り付けて構成され、発光素子２ａと受光素子２ｂとによって、被測定者の耳朶を挟むことで心拍測定を行う。
【０１７０】
図２３（ａ）に示した構成によれば、図２３（ｂ）に示した構成のように心拍センサーで検出した検出信号を送るための信号線を不要とすることができ、また、耳掛け部１ｂの弦部分を耳殻に掛けるだけで、心拍センサーの発光素子及び受光素子を耳朶に取り付けることができる。
【０１７１】
本発明のセンシング装置１は、図２２に示すように、それぞれセンシング装置１ａと耳掛け部１ｂとを有した２つの心拍センサー１Ｒと心拍センサー１Ｌとを備え、これらの心拍センサーの間をケーブル９で繋いでいる。２つの心拍センサー１Ｒと心拍センサー１Ｌとを被測定者の左右の耳にそれぞれ取り付けた状態では、ケーブル９は被測定者の首周りに懸架される。本発明のセンシング装置１は、この２つの心拍センサー１Ｒと心拍センサー１Ｌとを繋ぐケーブル９は、一方の心拍センサーが検出した検出信号を他方の心拍センサーに送る信号線の役を果たすと共に、心拍情報を含むシリアルデータを送信する送信アンテナの役を果たす。
【０１７２】
運動時には、心拍センサー１Ｒや心拍センサー１Ｌと表示装置２０との位置関係は変動するため、心拍センサー１Ｒあるいは心拍センサー１Ｌに送信装置を設ける構成では、心拍センサーの設けた送信アンテナと表示装置２０との間に被測定者の頭部等の身体部分が位置することによって、無線信号の送信状態が劣化するおそれがある。これに対して、２つの心拍センサー１Ｒと心拍センサー１Ｌとを繋ぐケーブルを送信アンテナとして用いる構成では、ケーブル９は被測定者の首周りに懸架されるため、ケーブル９と表示装置２０との位置関係はほとんど変動せず、心拍センサーと表示装置２０との間に被測定者の頭部等の身体部分が位置することはないため、送信状態は安定し、良好な通信状態を得ることができる。
【０１７３】
次に、本発明のセンシング装置の別の形態について、図２４〜図２７を用いて説明する。この形態は、２つの心拍センサーを備える構成であり、２つの心拍センサーで得られた検出信号を選択すると共に加算する構成とすることで、何れか一方の心拍センサーに異常が発生した場合であっても、良好な心拍測定を確保すると共に、心拍センサーの出力レベルが低下した場合であっても充分な大きさの出力レベルを得ることができる。
【０１７４】
図２４は、本発明のセンシング装置の別の形態を説明するための一構成例を示す図である。なお、図２４に示すセンシング装置の構成は、２つの心拍センサーを備える点、２つの心拍センサーから得られる検出信号を切り換える構成の点、及び２つの心拍センサーから得られる検出信号を加算処理する構成の点を除いては、前記図２で示した構成とほぼ共通するため、以下では、相違する構成のみについて説明する。
【０１７５】
図２４において、心拍センサー２は、被測定者の左右の耳に取り付けられる心拍センサーＲ部２Ｒ及び心拍センサーＬ部２Ｌを備える。心拍センサーＲ部２Ｒは、発光回路Ｒ部１１Ｒで駆動される発光素子Ｒ部２ａＲと、生体３０から得られる光を受光して心拍波形を検出する受光素子Ｒ部２ｂＲとを備える。一方、心拍センサーＬ部２Ｌは、発光回路Ｌ部１１Ｌで駆動される発光素子Ｌ部２ａＬと、生体３０から得られる光を受光して心拍波形を検出する受光素子Ｌ部２ｂＬとを備える。
【０１７６】
また、検出回路部３は、受光素子Ｒ部２ｂＲが検出する心拍波形を入力する受光回路Ｒ部３ａＲ、及び増幅回路Ｒ部３ｂＲと、受光素子Ｌ部２ｂＬが検出する心拍波形を入力する受光回路Ｌ部３ａＬ、及び増幅回路Ｌ部３ｂＬとを備え、左右の耳で検出した２つの心拍波形が得られる。
【０１７７】
検出回路部３は、信号切換部３ｄと加算回路部３ｅとを備える。信号切換部３ｄは、スイッチＳＷＲとスイッチＳＷＬとを備え、スイッチＳＷＲは増幅回路Ｒ部３ｂＲで信号増幅した心拍波形を加算回路部３ｅに入力するか否かの切り換えを行い、スイッチＳＷＬは増幅回路Ｌ部３ｂＬで信号増幅した心拍波形を加算回路部３ｅに入力するか否かの切り換えを行う。この信号切換部３ｄの信号切換は、信号切換制御部３ｇによって行われる。
【０１７８】
加算回路部３ｅには、心拍センサーＲ部２Ｒからの心拍波形と心拍センサー部Ｌ部２Ｌからの心拍波形とのいずれか一方あるいは両方が信号切換部３ｄによる信号切換によって選択されて入力され、両方心拍波形が入力された場合には加算処理を行う。
【０１７９】
加算回路部３ｅで加算された心拍波形は、Ａ／Ｄ変換部３ｃでディジタル信号に変換された後、前記したように信号処理部４でノイズが除去され、心拍数演算部５で心拍数が求められる。シリアルデータ生成部７は、心拍数等をデコードしてシリアルデータを生成し、送信回路部８の駆動によって送信アンテナ部９から送信される。
【０１８０】
信号切換制御部３ｇによる信号切換は、信号切換判定部３ｆの判定結果に基づいて行われる。信号切換判定部３ｆは、Ａ／Ｄ変換部３ｃで得られた心拍波形を入力し、その心拍波形の波形状態に基づいて心拍波形の正常・異常を評価し、何れの心拍波形を加算回路部３ｅに入力するかを判定する。信号切換制御部３ｇは、信号切換判定部３ｆからの判定結果に基づき、正常と評価された心拍波形を加算回路部３ｅに入力させ、異常と評価された心拍波形については加算回路部３ｅへの入力を停止する。
【０１８１】
この信号切換部３ｄの制御について、図２５のフローチャート及び図２６の信号図を用いて説明する。この信号切換制御は、センシング装置１の駆動開始時、あるいは、所定時間間隔で行うことができる。
【０１８２】
はじめに、信号切換部３ｄは、一方の心拍センサーに切り換えて心拍波形を取り込み(S51)、信号切換判定部３ｆは、この心拍波形の信号強度のレベル変動を評価する。図２６（ａ）は心拍センサーが異常な場合の心拍波形を示し、図２６（ｂ）は心拍センサーが正常な場合の心拍波形を示している。
【０１８３】
心拍センサーが生体からはずれた場合には、受光素子に入力する信号が低下あるいは飽和するため、図２６（ａ）に示すように所定レンジの上限あるは下限を超えた値となる。信号切換判定部３ｆは、この心拍波形の異常を評価すると、その心拍センサーは異常であると判定する（S58）。一方、信号切換判定部３ｆは心拍波形が正常範囲である場合には、その心拍センサーは正常であると判定する（S53）。
【０１８４】
信号切換制御部３ｇは、一方の心拍センサーについて正常・異常の判定を行った後、信号切換部３ｄを制御して他方の心拍センサーに切り換える（S54），(S59)。
【０１８５】
他方の心拍制御に切り換えた後、前記(S52)の工程と同様にしてレベル変動を判定し(S55,S60)、他方の心拍センサーについて正常・異常を判定する（S56,S57,S61,S62）。
【０１８６】
これによって、S56の正常判定は両方の心拍センサーが共に正常である場合を示し、S57の異常判定、及びS61の正常判定は一方の心拍センサーは正常であるが他方の心拍センサーは異常である場合を示し、S62の異常判定は両方の心拍センサーが共に異常である場合を示すことになる。
【０１８７】
S56の工程により両方の心拍センサーが共に正常であると判定された場合には、信号切換部３ｄは、２つの心拍センサーの心拍波形を加算し（S63）、S57,S61の工程によりいずれか一方の心拍センサーが正常で他方の心拍センサーが異常であると判定された場合には、信号切換部は正常と判定された一方の心拍センサーの心拍波形に切り換え(S64)、S62の工程により両方の心拍センサーが共に異常であると判定された場合には、心拍センサーが異常であると判定する（S65）。上記したS51〜S65の工程を、所定時期毎に繰り返す(S66)。
【０１８８】
図２６（ｃ）は、心拍センサーＡが異常であり（図２６（ａ）の例）、心拍センサーＢが正常であるとき（図２６（ｂ）の例）の加算回路で得られる心拍波形を示している。信号切換部３ｄは正常と判定された側のスイッチをオンとし、異常と判定された側のスイッチをオフとする信号切換によって、加算回路部３ｅには正常と判定された心拍センサーＢの心拍波形のみが入力され、その心拍波形が出力される。
【０１８９】
また、図２６（ｄ）〜図２６（ｆ）は、両方の心拍センサーが正常と判定された場合を示している。両方の心拍センサーが正常と判定された場合には、信号切換部３ｄは両方のスイッチをオンとする信号切換によって、加算回路部３ｅには正常と判定された心拍センサーＡ及び心拍センサーＢの両心拍波形が入力され、その加算された心拍波形が出力される。
【０１９０】
このとき、図２６（ｄ）及び図２６（ｅ）で得られる各心拍センサーの出力が小さい場合には、加算回路部３ｅから出力される心拍波形の信号レベルは大きくなり（図２６（ｆ））、心拍波形のＳ／Ｎを向上させることができる。これは、両心拍センサーから出力される心拍波形は、同じ生体の心拍を測定するものであるため同じ波形であることが前提となっており、両波形間で相違する部分はノイズ分に相当し、いずれか一方の心拍センサーで生じたノイズ分の影響は心拍波形を加算することで低下し、その分Ｓ／Ｎが向上するからである。
【０１９１】
前記した信号切換において、図２４に示した構成例では、加算回路部３ｅで心拍波形を加算処理した後にＡ／Ｄ変換部３ｃでディジタル信号に変換する構成としているが、Ａ／Ｄ変換部３ｃによるディジタル信号への変換は、信号切換部３ｄの前段階で行う構成としてもよい。図２７は、この変換したディジタル信号により信号切換を行う構成例を説明するための図である。
【０１９２】
図２７に示す構成例では、増幅回路Ｒ部３ｂＲと信号切換部３ｄとの間にＡ／Ｄ変換部３ｃＲを設けると共に、増幅回路Ｒ部３ｂＬと信号切換部３ｄとの間にＡ／Ｄ変換部３ｃＬを設けた構成とし、信号切換部３ｄ及び加算回路３ｅはディジタル信号によって信号切換及び加算の各処理を行う。図２７に示す構成例は、上記した構成以外は、図２４に示した構成例と同様であるため、ここではその他の部分の説明を省略する。
【０１９３】
次に、本発明のセンシング装置１及び心拍計の他の形態について図２８〜図３１を用いて説明する。この形態は、前記したセンシング装置１と表示装置２０との組み合わせに加えて、指示装置を備える構成である。指示装置は、センシング装置１や表示装置２０から離れた位置に設置することができ、センシング装置１あるいは表示装置２０から心拍情報を取得して表示すると共に、表示装置２０に対して指示内容を送ることで、被測定者に指示内容を伝える。
【０１９４】
図２８は指示装置を備えた構成を説明するための図である。指示装置４０は、例えば、表示装置２０との間で送受信を行う送受信部４１と、指示内容を入力する指示入力部４４と、心拍情報や指示内容を表示する表示部４３と、表示部４３の表示や送信を制御する制御部４２等で構成することができる。なお、送受信部４１は、センシング装置１からの送信される心拍情報を受信するようにしてもよい。
【０１９５】
この指示装置４０は、例えば、インストラクターや管理者等の被測定者以外の者によって被測定者の心拍情報を監視させ、被測定者に対して指示を伝えることで、被測定者による運動をより効果的とするといった要請に答えることができる。
【０１９６】
指示装置４０は、表示装置２０から送られた心拍情報を表示部４３に表示する。インストラクターは、表示された心拍情報を評価し、指示入力部４４から指示内容を適宜入力する。入力された指示内容は、表示部４３に表示されると共に、送受信部４１により表示装置２０に送信し、表示させる。
【０１９７】
被測定者は、表示装置２０に表示された指示内容を参考にして運動を調整することができる。
【０１９８】
図２９は、本発明のセンシング装置１と表示装置２０と指示装置４０との間の動作を説明するための図である。
【０１９９】
はじめに、センシング装置１は、前記したようにセンシングデータを形成して（SS71）、送信する(SS72)。表示装置２０は、送信されたセンシングデータを受信し（SS73）、そのセンシングデータに基づいて心拍情報を表示する(SS76)と共に、指示装置に転送する(SS74)。指示装置４０は、表示装置２０から転送されたセンシングデータを受信し(SS75)、心拍情報を表示部４３に表示する(SS77)。指示者は表示部４３に表示された心拍情報を参考にして指示内容を入力する。指示装置４０は、入力された指示内容に基づいて指示データを形成する。この指示データは、指示者が入力した入力内容そのものをデコードしたデータの他に、予め設定された指示項目から選択した指示項目の相当するデータとすることができる(SS78)。指示装置は、形成した指示データを送信する（SS79）。表示装置２０は、指示装置４０から送信された指示データを受信し（SS80）、表示する(SS81)。
【０２００】
図２８に示した構成例は、指示者が入力した指示内容を指示装置４０に表示する構成であるが、指示内容をプログラムで自動表示させる構成とすることもできる。図３０は、プログラムにより指示内容を自動表示する構成例を説明するための図である。
【０２０１】
図３０において、表示装置２０は、内部に指示内容と、心拍数等の心拍情報に基づいて指示内容を選択するプログラムを記憶しておき、センシング装置１から送信された心拍情報に基づいて指示内容を自動形成して表示する。
【０２０２】
図３１は、本発明の表示装置２０による指示内容表示の動作を説明するための図である。
【０２０３】
はじめに、センシング装置１は、前記したようにセンシングデータを形成して（SS91）、送信する(SS92)。表示装置２０は、送信されたセンシングデータを受信し（SS93）、そのセンシングデータに基づいて心拍情報を表示する(SS95)と共に、内蔵するプログラムに従って指示内容を形成し(SS94)、指示内容（指示データ）を表示する(SS96)。
【０２０４】
次に、本発明の心拍計及びセンシング装置１の他の使用形態について説明する。本発明の心拍計及びセンシング装置１は、前記したように単独で使用する形態に限らず、複数の心拍計及びセンシング装置１を用いた使用形態とすることもできる。この使用形態は、例えば、複数の被測定者の心拍情報を一括で管理し、各被測定者に指示内容を伝える要請に対応するものである。
【０２０５】
図３２は複数のセンシング装置１と複数の表示装置２０と指示装置４０とを備えた構成を説明するための図である。
【０２０６】
複数の被測定者（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）はそれぞれセンシング装置１を装着する。各センシング装置１で測定された心拍波形に基づいて求められた心拍情報は、各センシング装置１に対応して設定された表示装置２０に送信され、各被測定者の心拍情報が表示される。
【０２０７】
これら複数の表示装置２０に対して一つの指示装置４０を設け、この指示装置４０によって各表示装置２０に対してそれぞれ対応する指示内容を送信し指示する。
【０２０８】
指示装置４０は、例えば、前記したと同様に、表示装置２０との間で送受信を行う送受信部４１と、指示内容を入力する指示入力部４４と、心拍情報や指示内容を表示する表示部４３と、表示部４３の表示や送信を制御する制御部４２に加えて、識別部４５とを備える。なお、送受信部４１は、センシング装置１からの送信される心拍情報を受信するようにしてもよい。
【０２０９】
識別部４５は、表示装置２０から送信された送信データに付与された識別データに基づいていずれのセンシング装置１から送られたものであるかを識別して、各センシング装置１を区別して表示する。また、識別部４５は、指示を送る際に指示データに識別データを付与し、送受信部から表示装置２０に送信する。表示装置２０は、識別データが付与された指示データを受信し、識別データで特定された表示装置２０は指示内容を表示する。
【０２１０】
図３３は、センシング装置１の送信動作を説明するためのフローチャートである。
【０２１１】
センシング装置１は電源がオンとなった後(S91)、脈検出を判定する。脈が検出されると(S92)、フラグＦに“１”を設定した後(S93)、機器コードと脈検出コードとを送信する。この機器コードはセンシング装置１毎に設定され、機器コードからセンシング装置１を特定することができる(S94)。
【０２１２】
検出した心拍波形に基づいて心拍数を演算し(S95)、フラグＦに“１”が設定されている場合には(S96)、心拍数を記憶・更新し(S97)、機器コードと心拍数コードとを送信する(S98)。フラグＦに“０”が設定されている場合には(S96)、心拍数を記憶・更新することなく記憶されている心拍数に基づいて機器コードと心拍数コードとを送信する(S98)。
【０２１３】
また、脈が検出されない場合には(S92)、フラグＦに“０”を設定した後(S101)、検出エラーを判定する。検出エラーがない場合には(S102)、前記(S94)以降の工程を行う。検出エラーがある場合には(S102)、機器コードと検出エラーコードとを送信する(S103)。
【０２１４】
S98により機器コードと心拍数コードとを送信した後、処理を終了するまで(S99)、一定時間が経過した後(S100)、S92〜S98，S101,S102の工程を繰り返す。
【０２１５】
図３４は、複数のセンシング装置１から送信された場合の表示装置２０の受信動作を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートは、表示装置２０の受信動作について説明しているが、複数の表示装置２０から送信された場合の指示装置４０の受信動作についても同様とすることができる。
【０２１６】
表示装置２０は、受信した後(S111)、受信信号から機器コードを読み取って送信元のセンシング装置１を特定する(S112)。また、受信信号から他のコードを読み取り、コードの種別を判定する(S113)。
【０２１７】
コード種別の判定(S113)において、脈検出コードや心拍数コードが含まれるか否かの状態の判定を行い（S114）、脈検出コードと心拍数コードとの２つのコードが含まれる場合には、その心拍コードに基づいて心拍数を求めて表示し(S115)、心拍数コードは含まれているが脈検出コードが含まれていない場合には、前回の心拍数を表示し(S116)、脈検出コードは含まれているが心拍数コードが含まれていない場合には、心拍数検出の失敗を表示する(S117)。
【０２１８】
また、コード種別の判定(S113)において、検出エラーコードが含まれる場合には、検出失敗を表示する(S118)。
【０２１９】
図３５は、センシング装置１による送信タイミング（図３５（ａ）〜図３５（ｄ））と、表示装置２０による受信タイミング（図３５（ｅ））と、表示装置２０による受信信号（図３５（ｆ,ｅ））を説明するための信号図である。
【０２２０】
図３５（ａ）〜図３５（ｄ）は、センシング装置Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４が送信する送信タイミングを表している。各送信タイミングでは、例えば、図１４（ｂ）の送信データに相当するデータが送信される。この送信タイミングにおいて、各センシング装置Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４が送信する周期をずらすことで、各表示装置は対応するセンシング装置からの送信信号を他のセンシング装置からの送信信号と区別して受信することができる。
【０２２１】
図３５（ｅ）は、表示装置が、センシング装置Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４から送信される全ての送信信号を受信した状態を示している。ここで、送信信号が重なった場合には、各送信信号を区別することは困難となるが、各センシング装置の送信タイミングの周期をずらすことで信号の重なりは解消され、各送信信号の受信が可能となる。各送信タイミングでは、前記図１４（ｂ）に示した様に、同一の送信信号を複数回の送信しており、この送信信号も何れかを受信する（図３５（ｆ））。受信した送信信号中に含まれる機器コードを識別コードとして用いることで、対応するセンシング装置の心拍情報を取得することができる。
【０２２２】
次に、本発明の２つの心拍センサーを備える構成において、各心拍センサーが検出する検出信号を処理する態様、及び送信処理を送信する機構について図３６を用いて説明する。
【０２２３】
２つの心拍センサーによって左右の耳で心拍を測定する構成では、２つのセンシング装置本体にそれぞれ心拍センサーＲ部２Ｒと心拍センサーＬ部２Ｌを備える。
【０２２４】
図３６（ａ）の構成例では、２つのセンシング装置本体のそれぞれに検出回路Ｒ部３Ｒあるいは検出回路Ｌ部３Ｌを備え、各心拍センサーＲ部２Ｒ、心拍センサーＬ部２Ｌで検出した心拍波形を、それぞれの検出回路Ｒ部３Ｒ、検出回路Ｌ部３Ｌでノイズ除去や信号増幅の信号を行う。
【０２２５】
信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、何れか一方のセンシング装置本体（図３６（ａ）ではＬ側）に設けられるため、他方のセンシング装置本体（図３６（ａ）ではＲ側）が備える検出回路Ｒ部３Ｒで信号増幅された信号は、信号線５０を介して一方の側（図３６（ａ）ではＬ側）の信号処理部４に送られる。
【０２２６】
信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、検出回路Ｌ部３Ｌ及び検出回路Ｒ部３Ｒの２つの検出信号を処理して、シリアルデータの送信を行う。
【０２２７】
図３６（ｂ）の構成例は、２つのセンシング装置本体のそれぞれは心拍センサーＲ部２Ｒ、心拍センサーＬ部２のみ備え、検出回路部３、信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８を何れか一方のセンシング装置本体（図３６（ｂ）ではＬ側）に設ける構成である。
【０２２８】
この構成例では、検出回路部３、信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、何れか一方のセンシング装置本体（図３６（ｂ）ではＬ側）に設けられるため、他方のセンシング装置本体（図３６（ｂ）ではＲ側）が備える心拍センサーＲ部２Ｒで検出した心拍波形は、信号線５０を介して一方の側（図３６（ｂ）ではＬ側）の検出回路３に送られる。
【０２２９】
検出回路３、信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、心拍センサーＬ部２Ｌ及び心拍センサーＲ部２Ｒの２つの心拍波形を処理して、シリアルデータの送信を行う。
【０２３０】
図３６において、送信回路部８は、２つのセンシング装置本体の間を繋ぐケーブルを送信アンテナ部９として送信を行う。なお、ケーブルは、信号線５０と送信アンテナ部９とをまとめて構成することができる。この２つのセンシング装置本体の間を繋ぐケーブルを送信アンテナとすることによって、送信アンテナのアンテナ長を送信周波数で定まるアンテナ長に合わせることが容易となるという利点がある他に、前記したように、被測定者が運動した場合であっても、送信アンテナ受信側との位置関係の変動を少なくして、良好な送信状態の維持を容易とすることができる。
【０２３１】
次に、本発明のセンシング装置１に対する外部から入力を行う構成例について図３７〜図４１を用いて説明する。図３７、図３８は、外部の音源を利用する構成例であり、図３９〜図４１は外部の画像源を利用する構成例である。
【０２３２】
図３７は、外部の音源を利用する構成例を説明するための図である。この構成例は、前記した図２の構成において、センシング装置１内に、外部の音源（図示していない）や内部の心拍情報を利用して音楽や指示内容の音声を発生させる音声処理部７０を備える。音声処理部７０は、音を発生するスピーカー７４、スピーカー７４に心拍数を報知させる心拍数報知部７２、外部音源からの音楽信号でスピーカーを駆動するための音楽信号増幅部７３、心拍数報知部７２や音楽信号増幅部７３からの音信号によりスピーカー７４を駆動する際に音量を制御する音量制御部７１を備える。この他に、電池のオンオフ等を制御する電池制御部８０を備える。
【０２３３】
また、センシング装置１は、前記した音楽信号や音量や電池を制御する制御信号を外部から入力するためのインターフェース６０を備える。また、インターフェース６０は上記信号の他に、電力供給を外部から受けることもできる。
【０２３４】
前記スピーカー７４は、被測定者の左右の耳に装着する２つのセンシング装置本体にそれぞれ設けることができる。
【０２３５】
外部音源からの音楽信号を用いて、本発明の２つのセンシング装置本体に設けたスピーカー７４を駆動して音声を出力する機構について図３８を用いて説明する。
【０２３６】
２つのセンシング装置本体はそれぞれスピーカー７４Ｒ、７４Ｌを備え、外部音源から一方のセンシング装置に入力した音楽信号を用いて２つのスピーカー７４Ｒ及び７４Ｌを駆動する。
【０２３７】
図３８（ａ）の構成例は、２つのセンシング装置本体のそれぞれに、心拍センサーＲ部２Ｒ及び検出回路Ｒ部３Ｒと、心拍センサーＬ部２Ｌ及び検出回路Ｌ部３Ｌとを備え、信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、何れか一方のセンシング装置本体（図３８（ａ）ではＬ側）に設けられるため、他方のセンシング装置本体（図３８（ａ）ではＲ側）が備える検出回路Ｒ部３Ｒで信号増幅された信号は、信号線５０を介して一方の側（図３８（ａ）ではＬ側）の信号処理部４に送られる。
【０２３８】
信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、検出回路Ｌ部３Ｌ及び検出回路Ｒ部３Ｒの２つの検出信号を処理して、送信アンテナ部９によりシリアルデータの送信を行う。送信アンテナ部９は、前記図３６に示した構成例と同様に、２つのセンシング装置本体の間を繋ぐケーブルにより構成することができる。
【０２３９】
一方のセンシング装置は、外部音源を入力してスピーカーに出力する音声処理部７０を備える。音声処理部７０で処理された音声信号は、各センシング装置に設けられたスピーカー７４Ｌ，７４Ｒを駆動して音声出力される。スピーカー７４Ｒには、音声処理部７０から信号線５１を介して音声信号が送られる。
【０２４０】
図３８（ｂ）の構成例は、２つのセンシング装置本体のそれぞれは心拍センサーＲ部２Ｒ、心拍センサーＬ部２とスピーカー７４Ｒ，７４Ｌのみを備え、検出回路部３、信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８を何れか一方のセンシング装置本体（図３８（ｂ）ではＬ側）に設ける構成である。
【０２４１】
検出回路３、信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、心拍センサーＬ部２Ｌ及び心拍センサーＲ部２Ｒの２つの心拍波形を処理して、送信アンテナ部９によりシリアルデータの送信を行う。送信アンテナ部９は、前記図３６にしめした構成例と同様に、２つのセンシング装置本体の間を繋ぐケーブルにより構成することができる。
【０２４２】
一方のセンシング装置１は、外部音源から音信号を入力してスピーカーに出力する音声処理部７０を備える。音声処理部７０で処理された音声信号は、各センシング装置に設けられたスピーカー７４Ｌ，７４Ｒを駆動して音声出力される。スピーカー７４Ｒには、音声処理部７０から信号線５１を介して音声信号が送られる。
【０２４３】
なお、ケーブルは信号線５０、５１と送信アンテナ部９とをまとめて構成することができ、前記図３６で示した構成と同様に、この２つのセンシング装置本体の間を繋ぐケーブルを送信アンテナとすることによって、送信アンテナのアンテナ長を送信周波数で定まるアンテナ長に合わせることが容易となるという利点がある他に、前記したように、被測定者が運動した場合であっても、送信アンテナ受信側との位置関係の変動を少なくして、良好な送信状態の維持を容易とすることができる。
【０２４４】
外部の音源に加えて外部の画像源を利用する構成としてもよい。図３９は、外部の音源に加えて外部の画像源を利用する構成例を説明するための図である。この構成例は、前記した図３７の構成において、センシング装置１内に、外部の画像源（図示していない）あるいは心拍情報を利用して画像を表示させる画像表示処理部９０を備える。画像表示処理部９０は、画像を表示する画像表示部９２、外部の画像源からの画像信号を受けて画像処理し画像表示部９２に表示させる画像処理部９１を備える。
【０２４５】
前記画像表示部９２は、２つのセンシング装置本体の一方あるいは両方に設けることができる。
【０２４６】
外部音源からの音楽信号を用いて、本発明の２つのセンシング装置本体に設けた画像表示部９２を駆動して画像を表示する機構について図４０を用いて説明する。
【０２４７】
２つのセンシング装置本体はそれぞれ画像表示部９２Ｒ、９２Ｌを備え、外部の画像源から一方のセンシング装置に入力した画像信号を用いて２つの画像表示部９２Ｒ及び９２Ｌを駆動する。
【０２４８】
図４０の構成例は、２つのセンシング装置本体のそれぞれに、心拍センサーＲ部２Ｒ及び検出回路Ｒ部３Ｒと、心拍センサーＬ部２Ｌ及び検出回路Ｌ部３Ｌとを備え、信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、何れか一方のセンシング装置本体（図３８（ａ）ではＬ側）に設けられるため、他方のセンシング装置本体（図３８（ａ）ではＲ側）が備える検出回路Ｒ部３Ｒで信号増幅された信号は、信号線５０を介して一方の側（図３８（ａ）ではＬ側）の信号処理部４に送られる。
【０２４９】
信号処理部４、心拍数演算部５、シリアルデータ生成部７、送信回路部８は、検出回路Ｌ部３Ｌ及び検出回路Ｒ部３Ｒの２つの検出信号を処理して、送信アンテナ部９によりシリアルデータの送信を行う。送信アンテナ部９は、前記図３８に示した構成例と同様に、２つのセンシング装置本体の間を繋ぐケーブルにより構成することができる。
【０２５０】
一方のセンシング装置は、外部の音源から音信号を入力してスピーカーに出力する音声処理部７０を備え、音声処理部７０で処理された音声信号は、各センシング装置１に設けられたスピーカー７４Ｌ，７４Ｒを駆動して音声出力される。
【０２５１】
また、一方のセンシング装置１は、外部の画像源から画像信号を入力して画像表示部に出力する画像処理部９１を備え、画像処理部９１で処理された画像信号は、各センシング装置に設けられた画像表示部９２Ｌ，９２Ｒを駆動して画像表示される。スピーカー７４Ｒには、音声処理部７０から信号線５１を介して音声信号が送られ、画像表示部９２Ｒには、画像処理部９１から信号線５２を介して音声信号が送られる。
【０２５２】
なお、ケーブルは信号線５０、５１、５２と送信アンテナ部９とをまとめて構成することができ、前記図３８で示した構成と同様に、この２つのセンシング装置本体の間を繋ぐケーブルを送信アンテナとすることによって、送信アンテナのアンテナ長を送信周波数で定まるアンテナ長に合わせることが容易となるという利点がある他に、前記したように、被測定者が運動した場合であっても、送信アンテナ受信側との位置関係の変動を少なくして、良好な送信状態の維持を容易とすることができる。
【０２５３】
図４１は、画像表示機能を備えるセンシング装置の一構成例を説明するための図である。ここでは、眼鏡の左右の弦部分にセンシング装置１Ｒ，１Ｌを設け、眼鏡のレンズ部分に画像表示部９２Ｒ，９２Ｌのディスプレイを設ける構成としている。
【０２５４】
なお、この眼鏡を利用する構成例では、眼鏡の弦部分やレンズを保持するブリッジやバーの部分を送信アンテナとして用いてもよく、この構成によれば、前記したケーブルを送信アンテナとした場合と同様に効果を奏することが期待される。
【０２５５】
眼鏡のレンズ部分に設けるディスプレイは、液晶表示装置を用いることができる。液晶表示装置を透過モードにすることで、ディスプレイに何も表示を行っていないときには、通常の眼鏡として利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２５６】
本発明の心拍波形の検出方法は、心拍計に適用する他、身体機能測定装置等の心拍を一つのデータとして身体機能を測定する装置に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２５７】
【図１】本発明の心拍計の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の心拍計の概略構成を説明するための図である。
【図３】センシング装置が備える、心拍波形検出、信号処理、及び心拍数を求める演算の各機能を説明するための図である。
【図４】心拍センサーの一構成例を説明するための概略断面図である。
【図５】バンドパスフィルタ及び２階微分特性処理による狭帯域信号処理の詳細説明図である。
【図６】心拍の第１の状態（非運動時）におけるバンドパスフィルタ及び２階微分特性による動作を説明するための図である。
【図７】心拍の第２の状態（運動中）におけるバンドパスフィルタ及び２階微分特性による動作を説明するための図である。
【図８】本発明の信号増幅の増幅特性を説明するための図である。
【図９】本発明の波形歪み検出（スロープ検出）を説明するためのフローチャートである。
【図１０】周期とスロープ部分との関係を説明するための図である。
【図１１】基本周波数によるは波形歪みを説明するための図である。
【図１２】本発明によるノイズ除去の信号処理の効果を示すための図である。
【図１３】センシング装置と表示装置とが対で構成される心拍計において、センシング装置による送信動作を説明するための図である。
【図１４】シリアルデータの送信工程を説明するための信号図である。
【図１５】シリアルデータの送信工程を説明するためのフローチャートである。
【図１６】各送信動作で送信されるシリアルデータのフォーマット例を説明するための図である。
【図１７】電池切れを検出する手順を説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の表示装置の一構成例を説明するための図である。
【図１９】本発明の表示装置が行うシリアルデータの受信動作を説明するためのフローチャートである。
【図２０】本発明の表示装置で表示する表示例を説明するための図である。
【図２１】本発明の表示装置で表示する表示例を説明するための図である。
【図２２】本発明のセンシング装置の耳掛け型のセンシングの構成例を説明するための図である。
【図２３】本発明の心拍センサー部の一構成例を説明するための図である。
【図２４】本発明のセンシング装置の別の形態を説明するための一構成例を示す図である。
【図２５】本発明の信号切換部の制御を説明するためのフローチャートである。
【図２６】本発明の信号切換部の制御を説明するための信号図である。
【図２７】変換したディジタル信号により信号切換を行う構成例を説明するための図である。
【図２８】本発明の指示装置を備えた構成を説明するための図である。
【図２９】本発明のセンシング装置と表示装置と指示装置間の動作を説明するための図である。
【図３０】プログラムにより指示内容を自動表示する構成例を説明するための図である。
【図３１】本発明の表示装置による指示内容表示の動作を説明するための図である。
【図３２】複数のセンシング装置と複数の表示装置と指示装置とを備えた構成を説明するための図である。
【図３３】センシング装置の送信動作を説明するためのフローチャートである。
【図３４】複数のセンシング装置から送信された場合の表示装置の受信動作を説明するためのフローチャートである。
【図３５】センシング装置による送信タイミング、表示装置による受信タイミング、表示装置による受信信号を説明するための信号図である。
【図３６】本発明の２つの心拍センサーを備える構成において、各心拍センサーが検出する検出信号を処理する態様、及び送信処理を送信する機構を説明するための図である。
【図３７】本発明のセンシング装置の外部の音源を利用する構成例を説明するための図である。
【図３８】本発明の２つのセンシング装置本体に設けたスピーカーを外部音源で駆動する機構を説明するための図である。
【図３９】本発明の外部の音源に加えて外部の画像源を利用する構成例を説明するための図である。
【図４０】本発明の２つのセンシング装置本体に設けた画像表示部を外部画像で駆動する機構を説明するための図である。
【図４１】画像表示機能を備えるセンシング装置の一構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２５８】
１，１Ｒ，１Ｌ  センシング装置
１ａ  センシング装置本体
１ｂ  耳掛け部
２  心拍センサー
２Ｒ  心拍センサーＲ部
２Ｌ  心拍センサーＬ部
２ａ  発光素子部
２ａＲ  発光素子Ｒ部
２ａＬ  発光素子Ｌ部
２ｂ  受光素子部
２ｂＲ  受光素子Ｒ部
２ｂＬ  受光素子Ｌ部
２ｃ  遮光部
３  検出回路
３Ｒ  検出回路Ｒ部
３Ｌ  検出回路Ｌ部
３ａ  受光回路部
３ａＲ  受光回路Ｒ部
３ａＬ  受光回路Ｌ部
３ｂ  増幅回路部
３ｂＲ  増幅回路Ｒ部
３ｂＬ  増幅回路Ｌ部
３ｃ、３ｃＲ，３ｃＬ  Ａ／Ｄ変換部
３ｄ  信号切換部
３ｅ  加算回路部
３ｆ  信号切換判定部
３ｇ  信号切換制御部
４  信号処理部
４ａ  狭帯域信号処理部
４ａ１  フィルタ部
４ａ２  信号増幅部
４ｂ  波形歪み検出部
４ｂ１  波高値
４ｂ２  傾斜
５  心拍演算部
５ａ  心拍数計数部
５ｂ  データ記憶部
６  心拍数報知部
７  シリアルデータ生成部
８  送信回路部
９  送信アンテナ部
１１Ｒ，１１Ｌ  発光回路
１２  電池
１３  制御部
２０  表示装置
２１  受信アンテナ部
２２  受信回路部
２３  制御／記憶部
２４  表示部
２５  電池
３０  生体
３１  血管
４０  指示装置
４１  送受信部
４２  制御部
４３  表示部
４４  指示入力部
４５  識別部
５０，５１，５２  信号線
６０  インターフェース
７０  音声処理部
７１  音量制御部
７２  心拍数報知部
７３  音楽信号増幅部
７４，７４Ｒ，７４Ｌ  スピーカー
８０  電池制御部
９０  画像表示処理部
９１  画像処理部
９２，９２Ｒ，９２Ｌ  画像表示部
Ａ  心拍波形検出部
Ｂ  信号処理部
Ｃ  心拍検出処理部
Ｄ  心拍演算部
Ｅ  波形歪発生部
【図１】
2007135614.tif 000003
【図２】
2007135614.tif 000004
【図３】
2007135614.tif 000005
【図４】
2007135614.tif 000006
【図５】
2007135614.tif 000007
【図６】
2007135614.tif 000008
【図７】
2007135614.tif 000009
【図８】
2007135614.tif 000010
【図９】
2007135614.tif 000011
【図１０】
2007135614.tif 000012
【図１１】
2007135614.tif 000013
【図１３】
2007135614.tif 000014
【図１４】
2007135614.tif 000015
【図１５】
2007135614.tif 000016
【図１６】
2007135614.tif 000017
【図１７】
2007135614.tif 000018
【図１８】
2007135614.tif 000019
【図１９】
2007135614.tif 000020
【図２０】
2007135614.tif 000021
【図２１】
2007135614.tif 000022
【図２２】
2007135614.tif 000023
【図２４】
2007135614.tif 000024
【図２５】
2007135614.tif 000025
【図２６】
2007135614.tif 000026
【図２７】
2007135614.tif 000027
【図２８】
2007135614.tif 000028
【図２９】
2007135614.tif 000029
【図３０】
2007135614.tif 000030
【図３１】
2007135614.tif 000031
【図３２】
2007135614.tif 000032
【図３３】
2007135614.tif 000033
【図３４】
2007135614.tif 000034
【図３５】
2007135614.tif 000035
【図３６】
2007135614.tif 000036
【図３７】
2007135614.tif 000037
【図３８】
2007135614.tif 000038
【図３９】
2007135614.tif 000039
【図４０】
2007135614.tif 000040
【図４１】
2007135614.tif 000041
【図１２】
2007135614.tif 000042
【図２３】
2007135614.tif 000043